Uso De códigos De Barra Genéticos En Especies Del género Lumbricus Y Su Relevancia Ecológica

La diversidad de especies en el mundo hace de la identificación y clasificación de los organismos un verdadero reto, tanto que muy pocos taxónomos pueden identificar a más del 0.01% de las especies formalmente descritas (Hammond 1992; Hawksworth& Kalin-Arroyo 1995, en Hebert et al, 2003). En los 250 años que han transcurrido desde el nacimiento de la taxonomía se han descrito formalmente 1.7 millones de especies, cifra que solo representa una pequeña porción de las decenas de millones de especies que se estima que hay en el planeta. Preocupantemente, las tasas de extinciones han aumentado drásticamente debido al impacto de las actividades humanas hasta el punto que se estima que para el final de este siglo un tercio de las especies habrán desaparecido, muchas de ellas sin haber sido estudiadas jamás, y por ende sin haber sido protegidas (Vernooy, et al., 2010). En el presente ensayo hablaremos sobre las lombrices de tierra invasoras enfocándonos en el género Lumbricus, el cual es un género de origen paleártico que ha sido introducido en todas las regiones biogeográficas, muchas veces con consecuencias drásticas para los ecosistemas en los que se introduce (Hendrix, et al., 2008), y se discutirá como los códigos de barras, pueden ayudar a entender la mecánica del impacto ocasionado por los ensambles de lombrices de tierra.

Las lombrices de tierra invasoras ocupan actualmente todos los continentes (exceptuando la Antártica) en muchas islas oceánicas y virtualmente todos los ecosistemas del planeta. Su dispersión no se ha acabado de comprender del todo, pero se sabe que se debe principalmente a la actividad del hombre (Hendrix, et al., 2008; Holdsworth, E., & Reich, 2007). Hasta hace poco el problema de la invasión de lombrices de tierra era generalmente pasado por alto, y no fue hasta las primeras observaciones de cambios dramáticos en los perfiles de suelo forestal, que se empezaron a realizar esfuerzos grandes para comprender más a fondo las invasiones de gusanos de tierra (Hendrix, et al., 2008). La gravedad de estas invasiones radica en que las lombrices de tierra es que actúan como “ingenieros ambientales” (Sensu Jones et al, 1994) es decir son organismos que modulan la disponibilidad de recursos para otras especies, por medio de cambios que provocan en el estado físico de los componentes bióticos o abióticos del ambiente, lo que implica que pueden transformar al ecosistema completo y a las comunidades asociadas al él (Hendrix, et al., 2008). Dicha capacidad para alterar los ecosistemas se puede apreciar claramente en el impacto que han tenido las lombrices de tierra europeas del género Lumbricus en los bosques boreales de Norteamérica. Por ejemplo en el estudio realizado por Gundale (2007) en el que correlaciona la presencia de Lumbricus rubellus con la extirpación del helecho raro Botrychium mormo y el adelgazamiento de los horizontes de suelo O1 y O2 (que son los horizontes orgánicos del suelo), luego realizó un experimento en el laboratorio para determinar si L. rubellus podía provocar las condiciones con las que se le asociaba en el campo. Los resultados concluyeron que L. rubellus reduce significativamente el grosor de los horizontes O1 y O2 , se analizó la tasa de crecimiento de las poblaciones de B. mormo que no habían sido atacadas por L. rubellus y se concluyó que ésta puede ser se explica por el grosor del horizonte O2, indicando que éste le aporta un recurso crítico y que por lo tanto su adelgazamiento es el motivo de la extirpación de las poblaciones, apoyando la idea de que las lombrices de tierra exóticas alteran las condiciones de suelo induciendo efectos negativos en la vegetación nativa.

Un estudio sobre el efecto de las invasiones de las lombrices de tierra sobre la vegetación que consideramos que vale la pena mencionar es el estudio realizado por Holdsworth, Frelich y Reich (2007) en los bosques de los parques nacionales Chippewa y Chequamegon en Minnesota y Wisconsin (E.U. A.) respectivamente. En éste los autores concluyen que la invasión por especies del género Lumbricus es un indicador robusto de una reducción en la riqueza de especies de plantas en ambos bosques nacionales. Además señalan que ciertas especies y ensambles de especies de lombrices de tierra se asocian a distintos efectos sobre la composición del suelo y por lo tanto presentan distintos impactos sobre la riqueza de especies vegetales. Por ejemplo encontraron que L. terrestres produce un adelgazamiento de suelo mayor al que de L. rubellus y Aporrectodea ssp. en conjunto. También determinaron que la biomasa de juveniles de Lumbricus se correlaciona significativa y negativamente con la riqueza de especies de plantas en ambos bosques, sin embargo no se consideró a los juveniles de todas las especies como un solo grupo, debido a la dificultad que representa identificarlos. Consideramos que este caso hace patente el hecho de que el enfoque de identificación por medio de morfología resulta insuficiente para las necesidades de los estudios ecológicos de las lombrices de suelo por dos razones: 1) Existe una asociación con la composición del ensamble de las lombrices de tierra con el impacto que tienen sobre el medio ambiente, y por lo tanto es necesario poder describir apropiadamente estos ensambles para poder relacionar a una o más especies con un efecto observado en el ambiente, lo cual es de particular relevancia dado que el poder predecir cuales de las especies invasoras tendrán un efecto significativo sobre la riqueza de especies y sobre el funcionamiento de los ecosistemas, así como poder predecir cuales especies pueden potencialmente volverse invasoras es esencial para prevenir los efectos nocivos de las invasiones (Hendrix, et al., 2008; Holdsworth, E., & Reich, 2007); y 2) la descripción del ensamble sin tomar en cuenta a los juveniles está sesgada, debido a que no considera a las poblaciones completas, sino solo a los adultos, por lo que el enfoque de la identificación por medio de caracteres morfológicos es insuficiente y se requiere implementar un enfoque genómico (Richard, et al., 2010). Para clarificar lo anterior hay que hablar un poco sobre los distintos enfoques que se utilizan para identificar a los organismos.

Por un lado está el enfoque taxonómico convencional, el cual está basado en el uso de caracteres morfológicos para identificar a las especies. Si bien este enfoque ha sido de gran utilidad está muy limitado debido diversos factores como la plasticidad fenotípica y la variabilidad genética presente en los caracteres empleados, la existencia de grupos cuya morfología es tan críptica que dificulta su diferenciación y solo se pueden identificar correctamente en algunas etapas de su vida, cotidianamente la identificación requiere de mucha experiencia en el grupo estudiado y es fácil cometer un error. Las limitaciones al enfoque de identificación basado en morfología han hecho que surja un enfoque distinto basado en la identificación microgenómica, es decir, en la identificación por medio del análisis de pequeños fragmentos del genoma de los organismos (Hebert et al, 2003a).

Por otro lado está el enfoque genómico a la identificación de los organismos, el cual aprovecha la diversidad en las secuencias de ADN. En cierta forma estas secuencias pueden ser vistas como “códigos” grabados en cada una de las células. Existen herramientas que permiten analizar las secuencias de ADN cuyas aplicaciones van desde el estudio de las relaciones entre clados grades hasta el estudio de la variación dentro de y entre poblaciones de la misma especie (Hajibabaei, Singer, Hebert, & Hickey, 2007). Los códigos de barras genéticos son una herramienta que permite delimitar especies, y están basados en la premisa de que una secuencia corta estandarizada puede distinguir especies porque la variación interespecífica es mayor que la intraespecífica (Hebert, Cywinska, Ball, & de Waard, 2003; Hajibabaei, Singer, Hebert, & Hickey, 2007) Desde una óptica de teoría de combinaciones la discriminación de los organismos mediante códigos de barras no parece algo tan complicado: Consideremos que el sistema universal de códigos de productos emplea 10 números en 11 posiciones para obtener un total de 100 billones de identificadores únicos. Los códigos de barra genómicos solo tendrían 4 nucleótidos, pero con la identificación de solo 15 de estos existen potencialmente 415¬¬ (1,073,741,824) permutaciones distintas, cada una de las cuales constituiría un identificador único, abarcando de ese modo muchos más identificadores de lo que se necesita para que cada organismo existente este identificado por un código de barras único. No obstante a esta aparente facilidad hay que tomar en cuenta que existen presiones funcionales que por un lado hacen que muchos nucleótidos permanezcan en posiciones constantes, y por otro lado generan diversidad intraespecífica ( Hebert et al, 2003a). El impacto de la presión selectiva se puede reducir fácilmente seleccionando un gen que codifique para una proteína y examinando el tercer nucleótido de cada codón (tomando en cuenta que este nucleótido esta bajo poca presión de selección por su alta tendencia a mutaciones silenciosas) de modo que con examinar tan solo 45 nucleótidos se tendrían 15 sitios poco afectados por la selección y por lo tanto 1 billón de posibles identificadores. Sin embargo, en la práctica los códigos de barras no se limitan a secuencias tan cortas por dos razones: la primera es que el tercer nucleótido en el codón tiene fuertes tendencias dentro de los grupos (A-T en artrópodos, C-G en cordados) resultando en pérdida de información, la segunda es que en es que muchas de las posiciones de los nucleótidos se mantienen constantes en especies muy relacionadas ( Hebert

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